Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

У гермафродитизма есть два больших преимущества.

Во-первых, возможность самооплодотворения. Это весьма важно для организмов, ведущих одиночное существование, например, для кишечного паразита солитера. Но, с другой стороны, у большинства герма-фродитных видов в оплодотворении участвуют половые клетки, происходящие от разных особей, а самооплодотворение блокируется естественными механизмами.

Сразу же возникает вопрос: зачем нужно блокировать такой полезный признак? Дело в том, что самооплодо-творение – это палка о двух концах. У этого преимущества есть большой недостаток. Самооплодотворение означает, что потомок получает отцовский и материнский набор генов от одного и того же родителя. Если у родителя возникнет какая-то нежелательная мутация, вызывающая заболевание или приводящая к отклонениям в развитии, то она не будет подавлена гомологичным «здоровым» геном и проявится в потомстве. А при скрещивании между разными особями (пусть и гермафродитическими) вероятность появления заболевания у потомков резко снижается, потому что ген болезни может быть подавлен геном, полученным от другого родителя. Разумеется, ген болезни сам может оказаться сильнее здорового гена и подавить его, но все же ради получения качественного здорового потомства самооплодотворения желательно избегать. Те организмы, у которых в ходе эволюции возникли механизмы блокировки самооплодотворения, оказались более конкурентоспособными.

Второе преимущество заключается в том, что герма-фродиты быстро размножаются (и здесь никакого подвоха нет – это преимущество без недостатков). Даже если возникает необходимость поиска партнера, этот поиск занимает меньше времени и отнимает меньше сил, чем поиск партнера у двуполых организмов, ведь гермафродит может спариваться с любой другой (первой попавшейся) особью своего вида.

Можно подтянуть к двум названным преимуществам третье: условия окружающей среды относительно слабо влияют на процесс размножения гермафродитов, а вот для размножения двуполых организмов они имеют весьма большое значение. Некоторые виды млекопитающих не размножаются или же плохо размножаются в неволе, несмотря на создаваемые для них благоприятные условия проживания.

Напрашивается вопрос: почему при таких преимуществах гермафродитизм слабо распространен в живой природе и встречается у организмов с относительно примитивной организацией, то есть его можно считать архаизмом, «пережитком прошлого»?

Ответ тоже напрашивается сам собой: у гермафродитизма есть недостаток, перевешивающий все его выгоды, вместе взятые.

Да, есть! Энергетическое обеспечение половой системы обходится организму довольно дорого. Не так дорого, как обеспечение суперпрожорливого головного мозга, но все же дорого. А живые организмы, если кто не в курсе, крайне рачительны, если не сказать – прижимисты. Энергию они берегут как зеницу ока. А как же иначе? Ведь на поиски пищи, дающей энергию, тратится очень много времени и сил. Любой организм «запрограммирован» эволюцией на максимальное энергосбережение. Наличие двух половых систем с энергетической точки зрения крайне невыгодно. Предпочтительнее обойтись одной и снизить энергозатраты вдвое. А «освободившуюся» энергию можно потратить на развитие иммунной системы, щита, защищающего нас от чужеродных агентов-вредителей.

Определение половой принадлежности у разных организмов может происходить на разных стадиях жизненного цикла. У человека, а также у млекопитающих, птиц, рыб и вообще у большинства животных определение пола происходит в момент слияния женских и мужских половых клеток и бывает обусловлено комбинацией половых хромосом. Если в человеческую яйцеклетку проник сперматозоид с Y-хромосомой, то родится мальчик, если с Х-хромосомой – девочка. Отец всегда передает свою Х-хромосому дочери, а Y-хромосому – сыну. Мать передает сыну или дочери одну и ту же Х-хромосому. В процессе внутриутробного развития и на протяжении последующей жизни пол человека и большинства животных естественным путем измениться не может.

Но бывают случаи, когда пол определяется, точнее, предопределяется еще в процессе созревания яйцеклеток (только яйцеклеток, а не сперматозоидов!). Такое определение пола можно наблюдать у коловраток, а также у некоторых представителей биологического типа кольчатых червей. Механизм предопределения интересен и до конца пока еще не изучен. В процессе оогенеза цитоплазма в яйцеклетках распределяется неравномерно. Обратите внимание на то, что речь идет не об образовании нефункциональных полярных телец, являющихся «мусорными ведрами» для излишних хромосом, а о полностью функциональных яйцеклетках, существенно отличающихся друг от друга по размерам. Из крупных яйцеклеток после оплодотворения развиваются исключительно самки, а из мелких только самцы.

У морских беспозвоночных рода бонеллии (класс Многощетинковые черви) наблюдается уникальный тип определения пола, которое происходит на ранней стадии индивидуального развития особи. Самцы бонеллий весьма малы, длина их тела составляет от 1 до 3 миллиметров. Они ведут паразитарный образ жизни, причем паразитируют на самках, которые вырастают до 15 сантиметров в длину (вы только оцените эту разницу!). В строении тела самцов и самок тоже есть определенные различия. Можно сказать, что самцы бонеллий в своем развитии недалеко ушли от личинок. Таким образом, получается, что если в своем развитии особь «застывает» близко к личинке, она становится самцом. Если же растет дальше – вырастает в самку.

Самец и самка морского червя Bonellia viridis

Сравните визуально буквы X и Y. Они различаются по форме – у Х есть лишнее плечо. X– и Y-хромосомы различаются не только по форме, но и по величине. А следовательно, и по генному составу. У человека Х-хромосома относится к разряду средних хромосом, а Y-хромосома – к малым. Человеческая Y-хромосома содержит всего-навсего около трех десятков генов! А в Х-хромосоме их примерно с тысячу! Впечатляющая разница, не так ли?

Наследование признаков, определяемых генами, находящимися в Х– и Y-хромосомах, называют сцепленным с полом наследованием. У человека сцепленно с полом наследуются такие наследственные аномалии, как гемофилия и дальтонизм, которые проявляются в фенотипе только у мужчин. Женщина в подавляющем большинстве случаев не может страдать гемофилией или дальтонизмом, она может быть только носительницей соответствующего гена. Почему так происходит, будет объяснено ниже.

Сцепленное с полом наследование имеет большое значение для животноводства, в частности для птицеводства. Пол «суточных», то есть только что вылупившихся из яйца цыплят, визуально определить невозможно. Однако производственные интересы требуют сделать это как можно раньше, поскольку от пола зависит рацион цыплят. Петушков интенсивно откармливают на убой, чтобы они быстрее набирали вес, а курочек, которым предстоит нести яйца, кормят более скромно, сугубо в рамках физиологических потребностей.